Master Matériaux Multifonctionnels



La spécialité a pour objectif d’offrir une formation dispensée par des professionnels de la recherche, avec une large place accordée à la recherche technologique. Cette compétence développée à Tours en partenariat avec le CEA et STMicroelectronics dans le cadre du CERTeM et du pôle de compétitivité S2E2, bénéficiera à de futurs chercheurs et enseignant-chercheurs mais surtout à de futurs cadres dans des secteurs variés de l’économie, en particulier : électronique, microélectronique, génie électrique, sources d’énergie, bâtiment, céramique, peinture, vernis, décoration, orfèvrerie, vitrage, sanitaire, galvanoplastie, anodisation, ameublement, emballage, imprimerie, chimie, métallurgie, optique, filtration, transport, armement, outillage, environnement...

Les diplômés issus de cette formation seront capables, en plus des secteurs de recherche publique, de R&D, de prendre en charge des missions d’organisation, de production, de veille technologique, d’innovation ou une activité de consultant dans le secteur privé.

 

 

© Klassieren © Département de physique © Département de physique © CC by SA 2.5 - Mai Linh Doan

 

 

Les passerelles avec les autres formations tourangelles sont possibles. En particulier, la première année de cette mention, M1 est commune aux parcours « professionnel » et « recherche ». Elle prépare à la fois aux deuxièmes années recherche, dont ESM, commune avec Orléans, à la spécialité « professionnelle » axée sur les compétences développées à Tours en films, revêtements, couches minces et matériaux pour batteries et piles à combustible. Deux modules de M1 sont communs avec le M1 de Physique. En M2, quelques modules sont communs entre les parcours Professionnel et Recherche, ainsi que d’autres masters. 


Un projet tutoré sur deux semestres est introduit en M1 à la fois pour former l’étudiant à une recherche à la fois concrète et bibliographique, mais aussi à l’écriture de mémoire et à sa soutenance (une par semestre).

 
La Master Multifonctionnels et NTE s’appuie sur un partenariat fort, établi depuis plusieurs années pour offrir une formation de qualité à bac+5. Les partenaires sont de grands organismes, des groupements industriels et des laboratoires universitaires :

  • le CEA, Centre du Ripault, plus particulièrement les services et laboratoires :
    - Conception de matériaux et furtivité : Matériaux sol-gel - Matériaux magnétiques et hyperfréquences - Laboratoire matériaux organiques et diélectriques
    - Céramiques et composites : Céramiques et composants avancés
  • le CNRS, avec deux créations d’unités début 2002 :
    - l’UMR 6157 (Laboratoire d’électrodynamique des matériaux avancés, LEMA)
    - la FRE 2448 (Laboratoire Ultrasons, Signaux et Instrumentation, LUSSI)
  • le Centre National de Recherche Technologique (CNRT) en Microélectronique de puissance créé fin 1999 autour de STMicroelectronics, Tours, impliquant le CEA/Le Ripault et un réseau laboratoires dont 3 à Tours (LEMA, LMP, LUSSI) ; en 2006, ce consortium passe « à la vitesse supérieure » en prenant le nom de CERTeM, Centre d’études et de Recherche Technologique en Microélectronique et en impliquant l’UMR6606 GREMI d’Orléans ; une part de plus en plus importante de l’activité implique de nouveaux matériaux pour l’électronique de puissance, l’électronique nomade (téléphonie portable en particulier), les micro-piles à combustible, l’efficacité énergétique et les capteurs pour le secteur médical ;
  • le Pôle de Compétitivité S2E2 « Sciences & Systèmes de l’énergie électrique » créé en 2005 est adossé au CERTeM. Le développement de ce Pôle, dont l’activité est financée par de nombreux contrats du Fond de Compétitivité des entreprises (par exemple programme SéSAME de 7,5 M€), de l’ANR, de l’AII et de l’Europe (STREP), est matérialisé par l’adhésion de 50 entreprises, principalement localisées en Région Centre, mais aussi Legrand à Limoges,
  •  le Pôle de Compétitivité Elastopôle. Ce pôle rassemble de nombreuses entreprises régionales et dont l’activité dominante se situe dans le domaine des matériaux polymères, et plus particulièrement des élastomères.

 
et d’autres laboratoires de l’Université François Rabelais :

  • Le Laboratoire de Microélectronique de Puissance, LMP EA 3246, partenaire privilégié de l’entreprise STMicroelectronics depuis sa création en 1996, avec un site principalement dédié à l’étude des technologies de la microélectronique, situé au coeur de l’entreprise, et un second site dédié à l’étude des systèmes de conversion d’énergie électrique de puissance et à la compatibilité électromagnétique situé à l’EPU,
  • Le Laboratoire de mécanique et rhéologie, LMR, partenaire des industriels de la Région Hutchinson et SAFETY, partenariats concrétisés par la création du CéROC sur les outils de coupe et du CERMEL sur les élastomères, auquel se trouve adossé le récent Pôle de compétitivité Elastopôle,
  • Le Laboratoire de Pysico-Chimie des Matériaux et des Biomolécules (PCMB, EA4244) et en pariculier les équipes Chimie-Physique des Interfaces et des Milieux Electrolytiques (ex EA 2098 , et Synthèse et Physicochimie Organique et Thérapeutique (ex EA 3857) et à Orléans de nombreux laboratoires associés au CNRS, notamment :
  • UPR 33 CNRS Centre d'études et de recherche par irradiation (CERI)
  • UMR 6619 CNRS Centre de recherche sur la matière divisée (CRMD)
  • UPR 4212 CNRS Centre de Recherche sur les Matériaux à Haute Température (CRMHT)
  • UMR 6606 CNRS Groupe de Recherche sur l'énergétique des milieux ionisés (GREMI)
  • UMR 8106 CNRS LMSP

 

Admission

 

En 2ème année : admission sur dossier et entretien ouverte aux étudiants ayant validé la 1ère année du master de l'Université de Tours.


Les étudiants venant de masters d'autres universités ou d'autres formations pourront aussi être admis.

 

 

Débouchés

 

Les diplômés pourront aussi s'intégrer en tant que cadres capables de prendre en charge en plus du secteur R&D, des missions d'organisation, de production, de veille technologique, d'innovation de maintenance dans des secteurs aussi  variés  que  le  bâtiment,  la  galvanoplastie,  l'ameublement,  la  chimie,  l'imprimerie,  l'électronique,  l'armement, l'environnement.


Contenu des enseignements


Master 1 Matériaux multifonctionnels - 1er semestre
Responsable : Christine Damas

Master 1 Matériaux multifonctionnels - 1er semestre   VOLUME HORAIRE ETUDIANT
UE Coef. ECTS CM TD TP TOTAL
Polymères, élastomères
Conducteurs ioniques liquides et solides
Synthèse par chimie douce
Synthèse par voie solide
Dépôts sol-gel
Dépôts par voie chimique et électrodéposition
Dépôts par voie physique

Compétences acquises : connaissances de base sur les méthodes de dépôts, la synthèse des matériaux et leurs applications industrielles
Elaboration de Materiaux
UE 1 3 5 22 18 20 60
Propriétés électriques, diélectriques et électroniques des matériaux (isolants, métaux, semiconducteurs) – métaux et alliages, verres et céramiques, polymères ;
Propriétés mécaniques, thermiques et thermomécaniques ;
Interactionrayonnement matière, propriétés optiques électrochromisme ;
Propriétés magnétiques ;
Propriétés électrochimiques, corrosion, vieillissement.

Compétences acquises : connaissances de base en propriétés des matériaux et les applications industrielles
Propriétés des matériaux
UE 2 2 3 12 22 - 34
Spectrophotométrie infrarouge, application au solide
Spectrophotométrie ultraviolet-visible
Spectrométrie de résonance magnétique nucléaire (RMN)
Spectrométrie de masse
Spectrométrie Raman

Compétences acquises : maîtrise des méthodes spectroscopiques usuelles
Méthodes de caractérisations
UE 3 3 5 12 8 30 50
Deux unités au choix parmi UE 4a, UE 4b et UE 4cDeux unités au choix parmi UE 4a, UE 4b et UE 4c UE 4 2 4 22 14 12 48
Préparation à l'insertion professionnelle
Visites d'entreprises

Conférences pluridisciplinaires (liste non exhaustive)
Nanotubes de carbone ; Cristallogénèse : silicium, carbure de silicium, nitrure de gallium ; Supraconducteurs ; Techniques de stockage de l'information ; Stratégies industrielles en microélectronique ; Nanomatériaux ; Fission–Fusion

Evaluation d'un rapport après tirage au sort
Découverte du monde de la recherche et de l'entreprise
UE 5 1 3 - 20 - 20
Pas encore d'informationAnglais UE 6 1 3 - 20 - 20
Pas encore d'informationProjet tutoré ou stage UE 7 1 3 - 20 - 20
Total (hors options et UEL) - 13 26 68 122 62 252

Intitulé UE CM TD TP
Propriétés thermodynamiques
Propriétés mécaniques et acoustiques
Propriétés électriques et thermiques
Propriétés optiques
Propriétés diélectriques et magnétiques

Compétences acquises : connaître les diverses propriétés physiques des matériaux, comprendre leur origine microscopique permettant de prédire voire d'optimiser le comportement des matériaux en relation avec leur application potentielle.
Propriétés Physiques des Matériaux
UE 4a 22 14 12
Thermodynamique des milieux électrolytiques
Electrochimie fondamentale : des phénomènes de surfaces et interfaces à la thermodynamique électrochimique
Les liquides ioniques : synthèse, propriétés physico-chimiques et électrochimiques
Chimie hétérocyclique : Hétérocycles saturés (synthèse et réactivité, règles de Baldwin), Hétérocycles insaturés : synthèse et réactivité des indoles, quinoléines et isoquinoléines, coumarines, oxazoles et imidazoles, Exemple d'utilisation des hétérocycles.

Compétences acquises :
Maîtriser les propriétés physico-chimiques des électrolytes et les bases de l'électrochimie en vue des applications des nouvelles technologies de l'énergie.
Comprendre la place des hétérocycles dans la chimie moderne.
Les notions acquises seront ensuite développées dans le cadre du M2.
Physico-chimie des électrolytes
UE 4b 22 14 12
Chimie radicalaire
Protection-déprotection des fonctions chimiques
Etude des réactions en chimie organique
Rétrosynthèse
Réactifs et méthodes d'oxydation : Mofatt – Swern – Dess-Martin Périodinane –oxydation avec M = Al, Ag…- Epoxydation de Sharpless – Clivage oxydant de glycols, d'oléfines, de cétones, d'aromatiques – oxydation d'hétéroatomes.
Réduction par des sels métalliques.
Amides de Weinreb.
Hydrogénation des oléfines.
Cycloadditions 1,3 dipolaires, Click Chemistry
TP : Réaction de Wittig – Synthèse d'une imine – Synthèse du 1,1'-binaphtol – Analyses des spectres par RMN 1H et 13C.

Compétences acquises : L'objectif de cet enseignement sera de faire découvrir les outils en synthèse organique. Des applications en synthèse multi-étapes seront développées. Travaux expérimentaux.
Outils de synthèse en chimie organique
UE 4c 22 14 12



Master 1 Matériaux multifonctionnels - 2e semestre
Responsable : Christine Damas

Master 1 Matériaux multifonctionnels - 2e semestre   VOLUME HORAIRE ETUDIANT
UE Coef. ECTS CM TD TP TOTAL
Spectrographie de résonance paramagnétique électronique (RPE)
Méthodes électrochimiques
Microscopies en champ proche
Microscopie électronique à balayage
Diffraction de rayons X
Impédance complexe
Analyse thermique (DSC)

Compétences acquises : maîtrise des méthodes usuelles de caractérisation de matériaux, des méthodes de diffraction, et des microscopies à balayage et en champ proche
Caractérisation de matériaux
UE 11 3 6 12 8 30 50
Deux unités au choix parmi UE 12a, UE 12b et UE 12cDeux unités au choix parmi UE 12a, UE 12b et UE 12c UE 12 3 7 24 11 20 55
Préparation à l'insertion professionnelle
Visites d'entreprises

Conférences pluridisciplinaires (liste non exhaustive)
Nanotubes de carbone ; Cristallogénèse : silicium, carbure de silicium, nitrure de gallium ; Supraconducteurs ; Techniques de stockage de l'information ; Stratégies industrielles en microélectronique ; Nanomatériaux ; Fission–Fusion

Evaluation d'un rapport après tirage au sort
Découverte du monde de la recherche et de l'entreprise
UE 13 1.5 3 - 20 - 20
CLES 2 à acquérirAnglais UE 14 1.5 3 - 20 - 20
Stage de 6 semaines minimumStage UE 15 3 4 - - - 0
Total (hors options et UEL) - 12 23 36 59 50 145

Intitulé UE CM TD TP
Semi-conducteur, Porteurs libres (trous, électrons), Types de dopage.
Représentation énergétique, Bandes de conduction et de valence, Niveau de Fermi, Densité d'états d'énergie, et concentration de porteurs.
Dopage, Niveaux profonds et peu profonds, Equation de neutralité électrique, Calcul de la conductivité.
Influence de la température, Mobilité des porteurs, Champ électrique critique.
Contact ohmique, Contact redresseur.
Courant de diffusion et de conduction. Désertion, faible et forte injection dans un semi-conducteur.
Diode bipolaire (Jonction pn), Diode Schottky.
Transistor bipolaire.
Condensateur MOS et transistor MOSFET

Compétences acquises : maîtriser les propriétés électriques des semi-conducteurs et le fonctionnement des composants actifs entrant dans la conception des circuits microélectroniques.
Physique des composants à semi-concucteurs
UE 12a 24 11 20
Elaboration de polymères et membranes à conduction ionique et électronique
Dispositifs de conversion de l'énergie chimique ou solaire en énergie électrique :
• piles à combustibles,
• batteries et piles,
• supercondensateurs,
• photovoltaïque organique,
• transistors organiques

Compétences acquises : L'objectif de cet enseignement est de présenter les principaux constituants des nouveaux dispositifs à conversion d'énergie, et offre un préambule à la formation proposée en M2.
Physico-chimie appliquée aux NTE
UE 12b 24 11 20
Contenu : Chimie organométallique
1- Les récents développements en chimie de magnésium (Mg), lithium (Li), cuivre (Cu), zinc (Zn), étain (Sn) : Création de liaison C-C.
2-Chimie du palladium (Pd).
3- Chimie du Bore : Généralités : nomenclature, configuration électronique et géométrie, les grandes réactions des dérivés du bore. Voies de synthèse des boranes : monoalkylboranes et dialkylboranes. Réactions des organoboranes : oxydations, protonolyse, carbonylation, amination, réactions avec le cyanure, synthèse d'alcènes, synthèse d'alcynes. Réactivité des allylboranes. Couplage de Suzuki.
4- Chimie du Silicium : Généralités : configuration électronique, électro-négativité ; les grandes règles sur la réactivité du silicium. Voies de préparation des éthers d'énol silylés et réactivités. Arylsilanes et vinylsilanes : synthèse et réactivité. Allylsilanes : synthèse et réactivité.

TP : Organoaluminique - Synthèse d'un vinylétain – Purification.
Chimie organométallique des éléments de transition – Chimie des substances naturelles
UE 12c 24 11 20



Master 2 Matériaux multifonctionnels - 3e semestre
Responsable : Larbi Ammor

Master 2 Matériaux multifonctionnels - 3e semestre   VOLUME HORAIRE ETUDIANT
UE Coef. ECTS CM TD TP TOTAL
• Solvants / Electrolytes (20 h) :
Solvant, sels et milieux électrolytiques
propriétés physicochimiques et thermodynamiques des électrolytes
Electrochimie fondamentale et applique aux électrolytes
Electrolytes pour dispositifs de stockage de l'énergie (batteries,supercondensateurs, Piles à Combustible, …)
Liquides ioniques, synthèse, physicochimie, thermodynamique et applications aux NTE

• Surfaces et interfaces (20 h) :
Interfaces dans les systèmes polyphasiques
Interfaces liquide /liquide, Interfaces Solide / liquide, Interfaces solide gaz
Systèmes polydispersés, émulsion
Phénomènes de surface
tension superficielle
mouillabilité et angle de contact
adsorption
Thermodynamique des interfaces chargées
origine des charges de surface
Modèles et application
Electrode / electrolytes

•Matériaux organiques conjugués (20 h)
Structures chimiques des différents polymères et architectures conjugués
Notion de dopage
Propriétés électriques et diagrammes de bandes des semiconducteurs organiques
Electropolymérisation et synthèses chimiques
Caractérisations électrochimiques et physico-chimiques
Nanocomposites-Nanostructures
Application aux dispositifs électrochromes organiques, actionneurs, biocapteurs,...

• Matériaux pour l'énergie (20 h)
Matériaux d'électrode à base de carbone : structure et propriétés :
Graphite, carbone amorphe, carbone activé, carbone vitreux
Matériaux d'électrode à base de métaux de transitions : structure et propriétés :
- Membranes polymères synthèse et propriétés:
- Membranes conductrices ioniques
- Membranes micro-poreuses
- Organisation des polymères en milieu solvant

Compétences acquises : Maîtrise de la synthèse et des techniques de caractérisations des matériaux et des électrolytes
Electrolytes, interfaces et matériaux
UE 1 3 5 24 16 40 80
• Batteries (20 h)
- Objectif : approche R & D de la technologie au lithium (Li-ion, Li-air, ...)
- séparateur
- électrolytes liquides, gélifiés et solides
- matériaux d'électrode
- modélisation des phénomènes de transport
- sécurité, cyclages et performances

• Supercondensateurs (20 h)
- Théorie de la double couche électrochimique (rappels sur l'établissement d'un potentiel d'électrode, état chargé, état déchargé, Capacitance et pseudocapacitance)
- Configuration et paramètres caractéristiques (technique potentiométrique et ampérométrique pour l'étude des supercondensateurs, courbes de charge et décharges, cyclage, quantité de charge, capacitance, capacité spécifique, énergie, puissance, cyclabilité, diagramme de Ragone, équation de Pukert)
- La spectroscopie d'impédance électrochimique appliquée à l'étude des supercondensateurs (étude des interfaces électrochimiques, mesure de la résistance série, circuit équivalent, capacitance)
- Les matériaux d'électrodes (carbones et nanotube de carbone, oxydes métalliques, polymères conducteurs, composites)
- Etude de quelques dispositifs : Carbone-Carbone, polymère conducteurs, oxydes métalliques...
- Les dispositifs hybrides
- Les électrolytes spécifiques (polyélectrolytes, électrolytes solides, liquide ionique, électrolytes gélifiés...)

• Photovoltaïque organique, diodes électroluminescentes organiques, électronique organique (20 h)
- Les différentes configurations de dispositifs tout organiques (bicouches, hétérojonctions volumiques, doubles câbles, copolymères à blocs...
- Les cellules solaires hybrides solides à colorants (à électrolyte liquide, tout solide)
- Principe de fonctionnement et configuration des OLEDs, technologie d'élaboration de dispositifs, les matériaux utilisés
- Transistors organiques
- Electronique moléculaire

• Dispositifs électrochromes (10h)
- Configuration multicouches
- Les oxydes électrochromes
- Vitesse de commutation, efficacité électrochrome, effet mémoire,...
- Vieillissement, cyclabilité
- Les dispositifs hybrides organiques/inorganiques
- Les applications

• Piles à combustible (10 h)
- Rappel sur les PAC
- Approfondissement sur les piles à combustibles de type PEMFC, SOFC, DMFC
- Structure d'une AME, polarisation, rendement, gestion de l'eau
- Electrode, membranes, catalyseurs
- Gestion des gaz, GDL, reformage
- Industrie, prototype et réalité commerciale

Compétences acquises : connaissances approfondies des dispositifs de stockage et de conversion de l'énergie (chimique ou solaire) et des dispositifs électro-optiques. Connaissances approfondies des matériaux entrant dans la composition de ces technologies.
Dispositifs pour l'énergie
UE 2 3 5 27 53 - 80
• Matériaux pour l'optique (36 h)
Le dioptre : du milieu continu à l'échelle atomique, Réflexion et transmission d'une lame mince, Interférences, Application aux systèmes multicouches, Théorie de la réponse diélectrique d'un milieu homogène, Conductivité optique, Application de la spectroscopie optique à la caractérisation de matériaux, Spectroscopie optique, Spectroscopie vibrationnelles

• Physico-Chimie des oxydes Composés solides non stochiométriques (14 h)
Propriétés diélectriques, piezzoélectriques, ferroélectriques, des matériaux oxydes (ex. : BST, PZT...), Généralités des phénomènes de non stoechiométrie dans les solides, Domaine de non stoechiométrie par création de lacunes , Non stoechiométrie par intercroissances , Non stoechiométrie par insertions , Phase à cisaillements , Supraconducteurs à haute température critique

Compétences acquises : connaissances approfondies des matériaux exploités principalement dans les industries optiques et micro-électroniques et expérimentation des techniques de spectroscopies optique et vibrationnelle
Matériaux inorganiques
UE 3 3 5 15 14 21 50
• Dépôts voie liquide, Gaz Plasma (40 h)
Méthodes par voie liquide et sol-gel, Dépôt en phase vapeur, Dépôt par voie plasma, Ablation laser, Couches d'oxydes, Films polymères, Spectroscopies vibrationnelles (réflexion et rétrodiffusion), Microscopie électronique à balayage, Microscopie en champ proche

• Mémoires non-volatiles à basse consommation: Matériaux et technologies (26 h)
Stockage magnétique (électronique de spin, disques durs, MRAM), Mémoires ferroélectriques et a changement de phase, Techniques de structuration des composants en salle blanche

Compétences acquises : Connaissances approfondies en méthodes de dépôts de couches minces. Expérimentation des techniques approfondies d'élaboration de matériaux en films et couches minces et des techniques avancées de caractérisation de matériaux
Matéraux en couches minces
UE 4 3 5 19 11 36 66
• Matériaux semi-conducteurs (10h)
Physique des composants semi-conducteurs, gravure plasma, implantation ionique, la conversion photovoltaïque.

• Matériaux pour la conversion thermoélectrique (17h)
Introduction à la conversion thermoélectriques, description des phénomènes thermoélectriques, matériaux thermoélectriques, caractérisation d'un module Peltier, détermination d'un facteur de mérite

• Matériaux supraconducteurs (31h)
Comportements magnétique des supraconducteurs, les supraconducteurs à haute température critique Tc, structures des cuprates, les différentes méthodes d'élaboration des matériaux supraconducteurs monocristallins (diagramme de phase), les applications des supraconducteurs, Microscopie électronique à transmission

Compétences acquises : connaissances approfondies des matériaux exploités principalement dans les industries de la microélectronique (leur élaboration et leurs applications), dans le domaine de la transformation d'énergie thermique en énergie électrique et vice versa (ex : les générateurs thermoélectriques et les refroidisseurs Peltier).
Matériaux pour les nouvelles technologies
UE 5 3 5 18 17 23 58
Aspects juridiques et économiques de l'entreprise
Communication et management des ressources humaines

Anglais technologique
Ressources humaines
Projet
Insertion professionnelle

Compétences acquises : sensibilisation au contexte économique, relationnel et juridique pertinent pour le développement industriel des matériaux, de la maintenance industrielle, et de leur place dans le secteur économique.
Culture Industrielle
UE 6 3 5 21 39 16 76
Total (hors options et UEL) - 18 30 124 150 136 410



Master 2 Matériaux multifonctionnels - 4e semestre
Responsable : Larbi Ammor

Master 2 Matériaux multifonctionnels - 4e semestre   VOLUME HORAIRE ETUDIANT
UE Coef. ECTS CM TD TP TOTAL
Soit en entreprise pour une finalité professionnelle
Soit dans un laboratoire de recherche ou de R&D pour une finalité recherche

Durée de 4 à 6 mois
Stage
UE 10 18 30 - - - 0
Total (hors options et UEL) - 18 30 0 0 0 0


Contacts

Larbi Ammor (Responsable Physique)

Département de Physique
Bâtiment E étage 1 bureau E1450
Tel. 02 47 36 73 37
Fax : 02 47 36 69 47

François Tran Van (Responsable Chimie)

Département de Chimie
Bâtiment J étage 1 bureau J1210
Tel. 02 47 36 69 23

UFR de Sciences et Techniques
Parc de Grandmont
37200 TOURS

 

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